活化新技术让退役铅酸蓄电池“变废为宝”

  近日，在河北雄安零碳交通示范工程碳化硅柔性变电站内，国网河北省电力有限公司电力科学研究院环保化学所环评及水保专责宫云茜使用退役铅酸蓄电池活化及检测一体化移动平台检测了“延寿”后的退役铅酸蓄电池。结果显示，电池容量恢复至额定容量的95%，符合变电站内电池使用的需要。

  铅酸蓄电池是当前普遍的使用的一种化学电源。应用河北电科院研发的退役铅酸蓄电池柔性活化与综合利用技术，退役铅酸蓄电池经活化、检测及重组后，容量可恢复至额定容量的92.5%以上，常规使用的寿命延长约两年。

  有关多个方面数据显示，当前储能设备和备用电源大多使用铅酸蓄电池。在变电站内，铅酸蓄电池为保护设备、通信设施、不间断电源等提供应急供电。每年都有大量的铅酸蓄电池因容量衰减、不足以满足技术标准而退役。

  “退役的铅酸蓄电池具有一定的容量保持率，直接报废不仅浪费资源，还可能破坏环境。解决退役铅酸蓄电池再就业问题十分重要。”宫云茜介绍，实现退役铅酸蓄电池活化与综合利用可以充分的发挥其“剩余价值”，减少直接报废拆解的电池数量，降低购置新电池的成本，助力保护自然环境。为此，自2020年开始，该院组织人员跟踪研究退役铅酸蓄电池活化技术。

  当前，退役铅酸蓄电池活化技术主要有物理方法和化学方法两种。物理方法是依靠改变退役电池充电方式达到活化目的，要击穿附着在电池极板上的惰性硫酸铅，增大电池活性物质与极板的接触面积，从而恢复电池活性。这种方法简单易操作，但用时较长，对活化设备及操作条件都有较高的要求。

  “化学方法的见效速度快不少。它是通过添加化学活化剂来提高硫酸铅的溶解度，使惰性硫酸铅溶解并转化为活性物质，进而让电池重新焕发活力。”河北电科院环保化学所副所长郁金星说，但给电池添加化学活化剂，可能会增加电池的内阻，改变电解液原结构，导致电池二次寿命较短。

  “现有电池活化技术有局限性。我们的目标是找到一种安全有效、操作简单便捷的方法，并且尽量使活化后的电池容量恢复至额定容量的80%以上。”河北电科院环保化学所环保技术探讨研究专责车凯说。该院联合华北电力大学成立了铅酸蓄电池活化处理及综合利用技术攻关团队，开始探索新技术新方法。

  针对变电站内使用的铅酸蓄电池，攻关团队分析了其活性影响因子及失活机理。经过对比实验，他们发现了铅酸蓄电池寿命产生影响核心因子与活化性能耦合关系，建立起电池参量与活性之间的构效关系。

  在此基础上，攻关团队着重研究了原位晶体消解方法，开发了多组分柔性活化剂，根据失效程度给退役铅酸蓄电池分级，并为其分别匹配最优的活化方式，形成了退役铅酸蓄电池柔性活化与综合利用技术。“针对负极硫酸盐化及电解液干涸两种失效模式，我们通过25组实验探究了单一与复合试剂的活化能力，获得了适用于不同失效程度退役铅酸蓄电池的柔性活化剂最佳配比，开发了以化学试剂法为主、物理充电法为辅的活化技术。”车凯介绍。

  2022年，攻关团队配套研制了退役铅酸蓄电池活化及检测一体化移动平台。有关人员利用该平台“一键操作”即可就地完成铅酸蓄电池容量实时检测和活化操作，提升了活化的效率和便捷性。

  “我们通过微调活化剂比例和改变活化方法，满足多种等级退役铅酸蓄电池活化及不同二次利用场景的需求，效率高且环保。”郁金星说。除了研发电池活化有关技术，他们还搭建了一套涵盖性能、安全性、外观形变程度等综合指标测试的铅酸蓄电池再利用测试和验证平台，帮助退役电池做“体检”。该平台可以综合评价电池的安全性、可靠性，掌握二次利用前电池的性能指标与安全指标。而在测试和验证后，攻关团队也会对退役铅酸蓄电池做综合性能评价，依据情况选择活化或其他安全环保的处置方式。

  攻关团队在衡水源网荷储分布式微网示范工程、雄安零碳交通示范工程碳化硅柔性变电站试用相关成果，目前已累计完成了316节退役铅酸蓄电池的活化再利用。活化后的电池容量普遍恢复至额定容量的92.5%以上，重新“上岗”后助力电力设备安全运作。该成果降低了电池更换的频次，也降低了电池购置的成本。据攻关团队测算，单次检测活化费用仅为购置同型号电池费用的10%。

  河北电科院将推进该成果在批量退役铅酸蓄电池应用方面的研究，并探索其在新能源、储能等行业的应用。(张明昊 齐)

  中国电力网于1999年正式上线运行，是中国电力发展促进会主办的全国性电力行业门户网站。